[發明專利]一種主鏈碳氟-酞菁催化層耐堿雙極膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202210241539.0
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114471179B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 金延超;陳日耀;陳曉;黃雪紅;林思淇
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: B01D69/02
• 分類號: B01D69/02;B01D69/12;B01D67/00;B01D61/44;C08F259/08;C08F212/14
• 代理公司: 福州科揚專利事務所(普通合伙) 35001
• 代理人: 李曉芬

1.一種主鏈碳氟-酞菁催化層耐堿雙極膜，其特征在于：包括陽離子交換膜層和陰離子交換膜層，陽離子交換膜層和陰離子交換膜層都以全氟碳為主鏈，氮雜環作為陰離子交換膜層上的陽離子官能團；其中，陽離子交換膜層的化學結構式為：

陰離子交換膜層的化學結構式為：

x為含三氟氯乙烯結構單元聚合物主鏈的聚合度，n為含磺酸基團取代基側鏈的聚合度，m為含咪唑取代基側鏈的聚合度，n、m是不為零的整數；

其中，所述主鏈碳氟-酞菁催化層耐堿雙極膜的制備方法，包括以下步驟：

S1、陽離子交換膜液的制備：將含三氟氯乙烯結構單元的聚合物溶于有機溶劑Ⅰ中，通氮氣除氧，升溫后按照摩爾比為1:(20~100):1:2將含三氟氯乙烯結構單元的聚合物、苯乙烯磺酸鈉、CuBr和聯吡啶加入反應體系中，在氮氣保護下，在90~130℃條件下進行恒溫磺化反應16~48h，將反應液裝入透析袋中，在水透析24h；烘干透析袋中溶液，制得聚三氟氯乙烯接枝苯乙烯磺酸鈉側鏈共聚物；

S2、陰離子交換膜液的制備：將含三氟氯乙烯結構單元的聚合物溶于有機溶劑Ⅱ中，通氮氣除氧，升溫后按照含三氟氯乙烯結構單元的聚合物、乙烯基咪唑單體、CuBr和聯吡啶的摩爾比1:(20~100):1:2混合，在氮氣保護下，恒溫反應16~48h，將反應液裝入透析袋中，在水透析24h；烘干透析袋中溶液，制得聚三氟氯乙烯接枝乙烯基咪唑側鏈共聚物；

S3、酞菁前驅體的制備：KH-560與含過渡金屬氨基酞菁以摩爾比為1:1投料加入反應瓶中，加入有機溶劑Ⅲ攪拌均勻，室溫反應1~3h，得到酞菁-KH560前驅體；

S4、雙極膜中間層水解離催化劑的制備：將經過步驟S3獲得的酞菁-KH560前驅體與硅烷偶聯劑一起加入反應器中，同時加入酸性催化劑和蒸餾水，調節反應體系pH為2.5~3.5，在50~60℃條件下反應1~8h，得到KH-560改性酞菁硅溶膠作為雙極膜中間層水解離催化劑；

S5、雙極膜的制備：將經過步驟S1制得的聚三氟氯乙烯接枝苯乙烯磺酸鈉側鏈共聚物溶液流延在結凈的玻璃板上，烘干制備陽離子交換膜層，在陽離子交換膜層上噴涂KH-560改性酞菁硅溶膠，晾干后將經過步驟S2獲得的聚三氟氯乙烯接枝乙烯基咪唑側鏈共聚物流延于陽離子交換膜層上，烘干后得到鏈碳氟-酞菁催化層耐堿雙極膜。

2.如權利要求1所述的一種主鏈碳氟-酞菁催化層耐堿雙極膜，其特征在于：所述步驟S1和S2中含三氟氯乙烯結構單元的聚合物為聚（偏氟乙烯-三氟氯乙烯）、聚（偏氟乙烯-三氟氯乙烯-四氟乙烯）、聚（四氟乙烯-三氟氯乙烯）或聚三氟氯乙烯中的任意一種。

3.如權利要求1所述的一種主鏈碳氟-酞菁催化層耐堿雙極膜，其特征在于：所述步驟S1中有機溶劑Ⅰ為N,N-二甲基乙酰胺、二甲亞砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一種或兩種任意比例的組合。

4.如權利要求1所述的一種主鏈碳氟-酞菁催化層耐堿雙極膜，其特征在于：所述步驟S2中含咪唑基單體為2-甲基-1-乙烯基咪唑、2,4-二甲基-1-乙烯基咪唑、2,4,5-三甲基-1-乙烯基咪唑、5-乙基-2,4-二甲基-1-乙烯基咪唑、2-乙基-4,5-二甲基-1-乙烯基咪唑、4-乙基-2,5-二甲基-1-乙烯基咪唑、2-丙基-4,5-二甲基-1-乙烯基咪唑、4-丙基-2,5-二甲基-1-乙烯基咪唑、2-丁基-4,5-二甲基-1-乙烯基咪唑、4-丁基-2,5-二甲基-1-乙烯基咪唑、2,4-二乙基-5-甲基-1-乙烯基咪唑、4,5-二乙基-2-甲基-1-乙烯基咪唑、2,4-二丁基-5-甲基-1-乙烯基咪唑或4,5-二丁基-2-甲基-1-乙烯基咪唑中的任意一種。

5.如權利要求1所述的一種主鏈碳氟-酞菁催化層耐堿雙極膜，其特征在于：所述步驟S2中有機溶劑Ⅱ為四氫呋喃、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亞砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一種或兩種任意比例的組合。

6.如權利要求1所述的一種主鏈碳氟-酞菁催化層耐堿雙極膜，其特征在于：所述步驟S3中有機溶劑Ⅲ為無水甲醇、無水乙醇、異丙醇、四氫呋喃、丙酮中的任意一種或兩種任意比例的組合。